随着城市化进程加快,越来越多的城市街谷涌现,研究城市街谷内流场及污染物扩散规律对城市规划有一定的指导意义。这里使用计算流体力学法(CFD),建立了气体和污染物分子在城市街谷内流动模型。模拟带房裙街谷与传统街谷,以及不同高度房裙时,街谷内污染物分子扩散效果对比。研究发现街道内污染物均在背风侧淤积,而相较于传统街谷,带有房裙街谷污染物扩散效果更好,随着房裙高度的降低,街谷内污染物分子浓度越低,即污染物分子的扩散效果越好。

为了研究强风沙环境下高速列车运行的安全性能和气动性能,基于空气动力学理论,运用Navier-Stokes方程、标准k-ε湍流模型对气流进行连续化处理,应用DPM模型对沙粒进行离散化。算例采用欧拉-拉格朗日方法进行求解。研究结果表明:随着挟沙风速的增大,列车背风侧的涡流强度有所降低,但在背风侧的近地面,列车的流线越来越不规则;除此之外,列车车身的压力会随着挟沙风速的增大而增大,会随着沙粒直径的增大而有所降低;随着挟沙风速的增大,列车的阻力、侧力、升力均增大。随着沙粒直径的增大,列车的升力、侧力、阻力、倾覆力矩均有所降低,但比净风情况下要大。研究结果对强风沙地区合理设计高铁线路具有一定的参考价值。

为明确兰新二线桥梁防风栅的防风效果以及防风栅背风侧流场分布情况,选取兰新二线新疆段桥梁中最具代表性的32 m箱梁结构建模,基于Fluent风沙两相流非定常模型,运用标准κ-ε湍流模型,对风沙环境下高速铁路桥梁及防风栅整体风场分布特征进行定性的模拟分析。结果表明:在设置单侧、双侧防风栅后,会在防风栅背风侧形成一个相对连续的风压减速区;在布置单侧、双侧风栅的情况下,防风栅背风侧距床面0.4 m高位置处风速变化规律基本呈现先减小再增大趋势,且不同高度条件下的风速垂直廓线基本一致,呈先增大后减小再增大的趋势,双侧防风栅背风侧的风速变化始终小于单侧防风栅;在双侧防风栅作用下,随着风速的增加,在距上行线道床面1.2 m以上至防风栅自身高度区间内风速变化保持稳定;防风栅在一定程度上会加剧桥梁轨道线路上方的积沙。

为研究西北戈壁地区新疆段桥梁防风栅的防风效果,基于Fluent风沙两相流非定常模型,采用标准κ-ε湍流模型,选取兰新高铁中最具代表性的32 m箱梁结构,分析风沙环境下不同孔隙率防风栅对高速铁路桥梁及防风栅自身风沙流场分布的影响。结果表明:一定孔隙率的防风栅会降低迎风气流速度,对防风栅周围流场施加阻力,造成气流动量损失,从而对背风面产生遮蔽作用;防风栅可以阻挡部分来流风,但会使桥梁上的阻力和力矩增加,降低桥梁的抗风性能;防风栅孔隙率过低不利于桥梁稳定性,过高不利于列车行驶安全,20%~30%孔隙率的防风栅较优。